一种各向异性介电弹性体纤维驱动器及其制备方法

文档序号:26146262发布日期:2021-08-03 14:32阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种各向异性介电弹性体纤维驱动器,其特征在于,由一个或多个子纤维状驱动器壁面相互贴合组成;所述子纤维状驱动器包括至少各两层的各向异性介电弹性体层和柔性电极层,其中,所述各向异性介电弹性体层和柔性电极层交错重叠并卷绕成纤维状结构。

2.根据权利要求1所述的各向异性介电弹性体纤维驱动器,其特征在于,所述各向异性介电弹性体层采用的材料为嵌段共聚物,其结构通式为a-b-a;其中,a选自苯乙烯的均聚物;b为丙烯酸正丁酯均聚物、甲基丙烯酸正丁酯均聚物、甲基丙烯酸异丁酯均聚物、丙烯酸叔丁酯均聚物、丙烯酸-2-乙基己酯均聚物、丙烯酸乙酯均聚物或丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸乙酯中至少两种单体的共聚物。所述柔性电极层为碳纳米管电极层。

3.根据权利要求2所述的各向异性介电弹性体纤维驱动器,其特征在于,所述嵌段共聚物总的数均分子量为5~50万,a段的数均分子量均为1~5万,中间b段的数均分子量为3~40万,中间b段的重量百分比为60%~90%。

4.根据权利要求1所述的各向异性介电弹性体纤维驱动器,其特征在于,所述子纤维状驱动器外侧为介电弹性体层。

5.根据权利要求1所述的各向异性介电弹性体纤维驱动器,其特征在于,所述子纤维状驱动器包括两层各向异性介电弹性体层和两层柔性电极层。

6.一种权利要求2-4任一项所述的各向异性介电弹性体纤维驱动器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)制备获得嵌段共聚物介电弹性体初始薄膜;

(2)将嵌段共聚物介电弹性体初始薄膜进行单轴拉伸,拉伸比为1.5~6,将拉伸好的薄膜置于90~140℃温度下进行热处理0.1~15h,得嵌段共聚物介电弹性体各向异性薄膜;

(3)将嵌段共聚物介电弹性体各向异性薄膜裁成相同尺寸的样条,形成各向异性介电弹性体层,将各两层或多层的各向异性介电弹性体层和柔性电极层依次交错重叠后进行卷绕,制备得到子纤维驱动器,其中,柔性电极层通过转印附着在各向异性介电弹性体层表面上。

(4)将一个或多个子纤维状驱动器壁面相互贴合组成各向异性介电弹性体纤维驱动器。

7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤1中,采用刮涂法制备嵌段共聚物介电弹性体初始薄膜,包括以下子步骤:

(1.1)将0.5~5质量份的嵌段共聚物完全溶解在5~10质量份的溶剂中;

(1.2)将刮刀放置在不粘的基底上,并将上述溶液施加到刮刀与基底之间,刮刀以1~5mm/s的速度带动溶液相对基底移动,使基底上均匀沉积一层湿膜,放置0.5~2h挥发溶剂后形成干膜,在120℃真空条件下继续干燥12h,得嵌段共聚物介电弹性体初始薄膜。

8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述步骤1.1中,溶剂为四氢呋喃、甲基叔丁基醚、甲基乙基酮、乙酸乙酯中的一种或几种按任意比例混合组成。

9.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述碳纳米管电极层制备过程为:将1~5mg的碳纳米管和0.2~1g的十二烷基硫酸钠加入20~100g的去离子水中,超声1~4h,后用离心机在2000~5000r/min的转速下离心5~10min,取上层清液,抽滤制得碳纳米管电极层。

10.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,嵌段共聚物介电弹性体各向异性薄膜沿拉伸方向的断裂强度和模量是初始薄膜的1~10倍,垂直于拉伸方向的力学性能与初始薄膜相近。


技术总结
本发明公开了一种各向异性介电弹性体纤维驱动器及其制备方法,该驱动器由一个或多个子纤维状驱动器壁面相互贴合组成;子纤维状驱动器包括至少各两层的各向异性介电弹性体层和柔性电极层,各向异性介电弹性体层和柔性电极层交错重叠并卷绕成纤维状结构。该方法基于物理交联的嵌段共聚物热塑性弹性体,通过机械应变诱导方法制备得到厚度减小且具有微结构取向的各向异性介电弹性体薄膜,采取叠层卷绕的方式制备了沿轴向输出线性位移的轻质、全柔性介电弹性体纤维驱动器,可方向性输出驱动变形,驱动性能大幅提升,同时实现了低压驱动,并组装成纤维束,产生伸缩、弯曲、旋转多种运动模式。

技术研发人员:何金;罗英武;肖友华
受保护的技术使用者:浙江大学
技术研发日:2021.05.11
技术公布日:2021.08.03
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